油藏流场的定量化描述方法及其应用研究

陈付真，姜汉桥，李 杰（中国石油大学（北京）石油工程学院，北京102249）

白晓虎（中石油长庆油田公司第二采油厂，甘肃 庆阳745100）

油藏流场的定量化描述方法及其应用研究

陈付真，姜汉桥，李 杰（中国石油大学（北京）石油工程学院，北京102249）

白晓虎（中石油长庆油田公司第二采油厂，甘肃 庆阳745100）

在油田开发过程中，由于窜流的影响，注入驱替剂的无效循环问题突出，极大降低了开发效果。针对这一问题，如何对油藏中流体流动和分布状态进行描述，直观展现油藏流场分布，准确描述大孔道的位置和发育状况，对油气田开发调整工作有着重要的意义。以油藏工程理论为基础，结合层次分析法和模糊数学理论，建立了油藏流场的定量化描述方法，实现了对油藏流场的定量化描述。依据油藏流场定量化描述结果，指导了窜流通道封窜调整方案设计和实施工作。在某海上油田的应用效果表明该方法具有一定的可靠性，能够为油气田开发的动态调整工作提供相应的依据。

流场；层次分析法；模糊数学；定量化描述

陈永生［1］在1998年首次将流场学引入到了石油工程领域，提出了油藏流场的概念。之后，李阳、邓玉珍等［2，3］在此基础上进行了油藏流场宏观和微观的描述以及动态模型建立等方面的研究工作。目前油藏流场的研究还处在起步阶段，研究成果在实际生产中应用程度较低。笔者通过对影响油藏流场各因素进行优选和多因素耦合，建立油藏流场定量化描述方法并进行了实际应用，实现了油藏流场从理论研究到现场实际应用的过渡。

1 油藏流场的概念及其表征方法

要研究油藏流场，首先必须对其有一个相对明确的概念。不同学者对油藏流场的定义有所不同。通过相关调研并加以概括总结可以认为：油藏中流体和流体存储空间的静态分布特征及其动态变化规律总称为油藏流场。定量化描述油藏流场首先要确定油藏流场基本表征参数，从根本上来说油藏流场的表征参数可分为静态参数与动态参数两大类［4，5］。静态参数主要有孔隙度、岩石压缩系数、流体压缩系数、有效厚度、油藏面积、孔喉连通性等。动态参数主要有油气水的相对渗透率、含水率、饱和度、累积注水量、瞬时注水量、注采比等。油藏流场是一个多因素相互影响、相互作用的复杂体系，运用单个动态参数描述油藏流场具有一定的局限性。因此，笔者运用多因素耦合来实现对油藏流场的定量化描述。

2 油藏流场的定量化描述方法

油藏流场定量化描述方法的基本思路是：首先通过参数优选得到影响程度较大的表征参数集，然后利用模糊数学和层次分析法确定各表征参数的隶属度和权值，进而进行参数耦合形成一个统一的表征参数，实现油藏流场的定量化描述。

根据前人的研究成果和各表征参数对油藏流场影响程度的不同，选取对油藏流场影响最大的驱替倍数、流体流速、含水饱和度等3个表征参数对油藏流场进行定量化描述［6］。在这里，把由驱替倍数、流体流速、含水饱和度三者确定的油藏流场的强弱定义为油藏流场强度。

为研究需要，把油藏划分为n个单元体，假设每一单元体内各个部分物性参数完全相同，不同单元体之间物性参数有差异。以单元体为基本研究对象对油藏流场进行研究。

2.1 驱替倍数

驱替倍数定义为单位孔隙体积内累积通过注入水的体积倍数，反映的是累积注入量对油藏流场的影响。其表达式为：

式中，Rw（i）为驱替倍数；i为单元体编号，表示第i个单元体；t为注水时间；tD为研究时间点；Krw、Kro为地层水、原油的相对渗透率；μw、μo为地层水、原油的粘度，mPa·s；QIN为单元体注水速度，m3/s；Vi为单元体体积，m3；φi为孔隙度。

驱替倍数越大，由于时间的累积作用，流体对储层的冲刷程度越大，油藏流场强度越大。因此采用升梯形法来确定驱替倍数对油藏流场强度的隶属函数为：

式中，FRw为驱替倍数的隶属函数，Rwmax、Rwmin分别为最大、最小驱替倍数。

2.2 流体流速

流体流速定义为单位时间内通过单位储层截面积的流体流量。流体流速反映了储层中流体瞬时的流动状态。流体流速的表达式为：

式中，Ql（i）为流体流速，m/s；为单元体在tD时刻的注水速度，m3/s；Z为单元体瞬时注采比；hi为有效厚度，m；Di为过流断面长度，m。

流体流速Ql越大，说明当前流体在储层中的流动状态越活跃，油藏流场强度就越大。因此采用升梯形法来确定流体速度对油藏流场强度的隶属函数FQl为：

式中，FQl为流体流速的隶属函数；Qlmax、Qlmin分别为最大、最小流体流速，m/s。

2.3 含水饱和度

含水饱和度反映了油藏中流体的分布状态。油藏中含水饱和度越高，越有利于注入水的流动，因此采用升梯形法来确定含水饱和度对油藏流场强度的隶属函数为：

式中，Fw为含水饱和度；FFw为含水饱和度的隶属函数；Fwmax、Fwmin分别为最大、最小含水饱和度。

2.4 表征参数耦合计算

分别求取驱替倍数、流体流速、含水饱和度等3个影响油藏流场的主控因素的隶属度，组成隶属度矩阵为：

根据层次分析法，建立表征参数的评判矩阵如表1所示，各因素依次为驱替倍数、流体流速、含水饱和度［7］。

表1 表征参数评判矩阵

通过层次分析法可以求得以上3个因素的权重向量为：

将驱替倍数、流体流速、含水饱和度这3个影响油藏流场的主控因素的隶属度及其权重进行耦合计算，即得到了定量化描述油藏流场的指标：油藏流场强度W。油藏流场强度的表达式如下：

油藏流场强度包含了注入水对油藏在时间上的累积作用、油藏瞬时的流体流动状态和油藏中的油水分布状态3个方面的内容。油藏流场强度反映了油藏中的注入水在油藏中的分布状态和流动状态，是油藏流场强度强弱的定量化描述指标。

3 油藏流场在某海上油田动态调整中的应用

某海上油田从2002年开始投入开发，2004年开始注水开发。以该油田典型井组A7井组为例，运用油藏流场的定量化描述方法，构建油藏流场模型并计算油藏流场强度。

3.1 油藏流场强度分析与对比

A7井组由A7井1口注水井和A2井、A8井、A13井、J3井4口采油井共5口井组成。注水开发从2004年开始至2009年结束。选取注水开发2年（2006年）后和注水开发5年（2009年）后2个时间点的油藏流场进行对比研究，其油藏流场强度如图1和图2所示。

图1 2006年6月油藏流场强度图

图2 2009年6月油藏流场强度图

图1和图2分别为A7井组在2006年和2009年的油藏流场强度图。从图中可以看出，随着注水开发的深入，油藏流场强度也逐渐增大。同时，受长时间注水开发的影响，注采井之间优势渗流通道也逐渐形成，如图2中A7井和A8井之间油藏流场强度值很高，说明2口井之间的流体流动十分活跃，而这2口井之间的波及面积较小，所以这一区域可能存在窜流。同时也可以看出，A7井和J3井之间油藏流场强度较高，表明2口井之间连通程度较好，流体流动较为活跃。A7井和A2井之间油藏流场强度最低，2口井之间流体流动活跃程度较低。

3.2 油藏流场强度计算结果验证

A7井组从2008年5月至2009年1月进行了示踪剂施工作业，井组各采油井A2井、A8井、A13井、J3井的示踪剂回采率分别是：1.59%、7.83%、2.11%、3.53%。由此可见，A8井的回采率最高、J3井次之、A2井最低，表明A7井和A8井之间的连通程度最高、J3井次之、A7井和A2井之间连通程度最低，这和油藏流场强度分析结果基本相符。

3.3 动态调整结果分析

根据油藏流场研究结果和示踪剂施工结果，针对A8井含水率过高的问题，于2009年8月对注水井A7井进行了调剖堵水作业。调剖堵水前后该井含水率曲线如图3所示。

图3 A8井含水率图

图3显示，A8井在投产前中期含水率上升速度很快，含水率很快达到95%以上，在2009年8月实施调剖堵水后含水率迅速下降至50%左右，措施效果较好。这说明A8井和A7井之间的大孔道已经形成，经过调剖堵水作业抑制了注入水在大孔道中的窜流。

综上所述，通过油藏流场定量化描述方法，实现了对A7井组油藏流场强度的定量化描述，并根据油藏流场强度的强弱对油藏中大孔道的发育进行了分析和预测。示踪剂测试结果和后续的调剖堵水作业效果都验证了上述分析和预测的准确性。实际应用结果表明，该方法能够对油藏中大孔道发育情况进行较为准确的预测，具有一定的实用性。

4 结 论

1）以油藏工程方法为基础，结合层次分析法和模糊数学理论建立了以驱替倍数、流体流速、含水饱和度三者为基础的油藏流场定量化描述方法，实现了对油藏流场的定量化描述。

2）建立的油藏流场定量化描述方法在某海上油田应用结果表明该方法在评价和预测大孔道发育情况等方面具有一定的实用性和可靠性。

［1］陈永生.油藏流场 ［M］.北京：石油工业出版社，1998.

［2］李阳.陆相断陷湖盆油藏流场宏观参数变化规律及动态模型 ［J］.石油学报，2005，26（2）：65～68.

［3］李阳.陆相断陷湖盆油藏微观流场演化规律及演变机理 ［J］.石油学报，2005，26（6）：60～65.

［4］徐守余，李红南.储集层孔喉网络场演化规律和剩余油分布 ［J］.石油学报，2003，24（4）：48～53.

［5］宋万超，孙焕泉，孙国.油藏开发流体动力地质作用 ［J］.石油学报，2002，23（3）：52～55.

［6］孙焕泉，孙国，程会明，等.胜坨油田特高含水期剩余油分布仿真模型 ［J］.石油勘探与开发，2002，29（3）：66～68.

［7］赵传峰，姜汉桥，张贤松.窜流通道分级模糊评判方法及其在绥中36-1油田的应用 ［J］.中国海上油气，2010，22（6）：387～390.

Quantitative Liquid Field Description Method and Its Application

CHEN Fu－zhen，JIANG Han－qiao，LI Jie，BAI Xiao－hu（First Authors'Address：Faculty of Petroleum Engineering，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

The invalid cyclic flooding was mainly caused by channeling in oilfield development.It greatly reduced the effect of oil and gas recovery.In order to solve the problem，how to describe reservoir fluid flow and its distribution state，intuitively present the distribution of liquid flow field，accurate denote the position and development situation of the big pore path was of great significance for the adjustment in oil and gas field development process.Based on reservoir engineering theory and in combination with the hierarchy analysis process and fuzzy mathematic theory，the flow field of the quantitative reservoir flow field description method was establish，it can be used for quantitative reservoir description.The result shows that it is used for guiding the design and implementation of channeling blocking and the application in an offshore oil field shows that this method is reliable.It provides a basis for dynamic adjustment of oil and gas development.

flow field；analytic hierarchy process；fuzzy math；quantification description

TE319

A

1000－9752（2011）12－0111－04

2011－06－27

国家科技重大专项（2008ZX05024-02-012）。

陈付真（1984－），男，2007年中国石油大学（华东）毕业，博士生，现主要从事油气田开发方面的研究工作。

［编辑］ 萧 雨